[發明專利]一種通過選擇性激光熔化制備Ni-Co基合金的方法

在審

• 申請號: 201810767301.5
• 申請日: 2018-07-13
• 公開（公告）號: CN110711861A
• 公開（公告）日: 2020-01-21
• 發明（設計）人: 李嘉寧
• 申請（專利權）人: 山東建筑大學
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;C22C38/12;C22C38/14;C22C38/10;C22C33/02;B33Y10/00;B33Y70/00
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本發明公開了一種通過選擇性激光熔化制備Ni?Co基合金的方法。步驟如下：將Ni?Co基預熔粉末經三次篩粉以保證純度，成型腔內部需進行嚴格清理；基板調至水平后，將粉末均勻鋪展在基板上并采用氬氣作為保護氣。每層熔化成型后，工作臺下降一定高度(20～100μm)，刮板將粉末均勻鋪于已成型上層，激光按預定路徑掃描，重復以上過程，終形成截面直徑150mm、高300 mm的18Ni300合金圓柱體試樣。相關參數：激光功率200～500W，掃描速度800～2500mm/s，光纖激光器波長1090nm，保護氬氣流量20L/min；本發明能夠獲得具有良好力學性能的18Ni300合金。發明具有工藝簡單方便、節約成本、便于推廣應用等優點。

技術領域

本發明涉及一種選擇性激光熔化（SLM）技術制備Ni-Co基合金的方法，屬于激光增材制造技術領域。特別涉及一種利用SLM制備18Ni300合金的方法。

背景技術

SLM作為一種新興的快速制造技術，在過去的幾十年中得到高速發展。這是一種能夠直接從CAD數據中制造三維實體模型的技術，SLM成型原理是利用金屬粉末在激光束的熱作用下完全熔化、經冷卻凝固從而使零件成型。SLM技術可直接制成終端金屬產品，省掉中間過渡環節；零件具有很高的尺寸精度以及好的表面粗糙度；適合各類具有復雜形狀的工件，尤其適合內部有異型結構、用傳統方法無法制造的復雜工件，SLM成型材料由于其優異的力學性能，在工業領域具有非常廣闊的應用前景。18Ni300是一種低碳馬氏體時效鋼，其強度、韌性及耐磨性優于常規鋼種材料，常被用來制作汽車、醫療以及機械工業零部件，由于此類工業零部件的尺寸較小且形狀復雜，常規粉末冶金工藝往往難以成型，而運用SLM制造方法是一種行之有效的解決方案。

發明內容

本發明提出了一種能夠降低生產成本通過SLM制備18Ni300合金的方法。圖1a為18Ni300鑄造態的顯微組織，呈方向性明顯的樹枝晶，且組織晶粒較粗大且各向異性明顯；圖1b顯示，SLM成型組織為極細小的等軸晶和柱狀晶，其中柱狀晶的生長受散熱影響，基板散熱最快，因此會沿著成型方向生長；成型件周圍被粉末包圍，散熱條件相同，因此各向同性；由于SLM是一種快速加熱及高速冷卻的加工技術，可使晶粒細小，且不存在傳統加工方法時常出現的宏觀偏析等缺陷。

圖2 為SLM成型18Ni300合金拉伸應力-應變曲線。成型件的抗拉強度1156MPa，伸長率10.5%，優于同樣未經時效處理的鑄態18Ni300鋼力學性能，這歸因于SLM成型件晶粒十分細小，且多晶粒邊界在一定程度上阻礙了裂紋擴展，而激光熔池的高速冷卻特性中也降低了雜質晶界偏析聚集的可能性，因此提高了成型件的強度和韌性。此外，SLM成型件X射線衍射圖中出現了微弱fcc（面心立方）結構衍射峰，同時伴有少量奧氏體；奧氏體具有良好的塑型以及韌性，利于材料力學性能改善。

綜合分析，用SLM成型18Ni300合金具有較為細化的組織結構，利于其力學性能的改善；SLM成型18Ni300合金組織主要包括馬氏體，還包含少量奧氏體，奧氏體具有良好的塑、韌性。

本發明通過SLM技術制備一種具有良好力學性能的18Ni300合金。

具體步驟：

（1）將18Ni300預熔粉末經三次篩粉以保證純度，成型腔內部也需進行嚴格清理，基板調至水平后，將預熔粉末倒入送腔進行預鋪粉，觀察粉末是否在基板上均勻鋪展；而后將成型腔倉門關閉，抽至真空后重新充入氬氣作為保護氣；

（2）為保證粉末熔化重新凝固后與基體連接良好，加工前十幾層的厚度可略微低于設計層厚。觀察前期加工過程，如無明顯缺陷和異常即可正常進行后續試樣的制備打印。每層熔化成型后，工作臺下降一定高度 (20～100 μm)，刮板將粉末均勻鋪于已成型上層，激光按照預定路徑掃描，重復以上過程，最終形成截面直徑150 mm、高300 mm的18Ni300合金圓柱體試樣。相關參數：激光功率200～500 W，掃描速度800～2500 mm/s，光纖激光器波長1090 nm，保護氬氣流量20 L/min；